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第一章绪论 生物反应过程 概念 生物反应过程是指将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发而成为可供工业生产的工艺过程。 四个过程：(1) 原材料预处理；(2) 生物催化剂的制备；(3) 生物反应器；(4) 产物的分离纯化。 一般的生化（物）反应工程由四个部分组成 ?? 原材料的预处理 包括原料的选择,必要的物理与化学方法加工,培养基的配制和灭菌等。 ?? 生物催化剂的制备 包括菌种的选择、扩大培养和接种，酶催化反应中酶的纯化、酶的 固定化等。 ?? 生物反应器及反应条件的选择与监控 生物反应器是进行生物反应的核心设备，它应为细胞或酶提供适宜 的反应环境以达到反应较好进行的目的。因此，反应器的确结构、操作 方式和条件对反应原料的转化率、产品的质量和成本有着密切关系。同 时反应参数的检测和控制对反应的顺利进行也是十分重要的。 ?? 产物的分离纯化 用适当的方法和手段将一定含量的目的产物从反应液中提取出来并 加以精制以达到规定的质量要求。 生物反应器是整个生化过程的关键设备 ① 为特定的细胞或酶提供适宜的生长环境或进行特 定生化反应的设备，它的结构、操作方式和操作条 件与产品的质量、产量和能耗有着密切的关系； ② 生物反应器中存在着物料的混合与流动、传质与传 热等大量的化学工程问题； ③ 存在着氧和基质的供需和传递、发酵动力学、酶催 化反应动力学、发酵液的流变学和生化反应器的设 计与放大等一系列带有共性的工程技术问题； ④ 还包括生化反应过程的参数和控制。 生物反应过程类型 生物反应过程：酶催化反应 单菌反应体系 多菌混合反应体系 动植物细胞反应体系 ?? 当过程采用游离的整体微生物活细胞为生物催化剂时，一般称此为发酵工程。 ?? 当生物催化剂为酶（游离＆固定化）时，此过程称为酶反应工程。 ?? 另外还有动植物细胞培养工程。 ?? 常常也把污水处理和从天然生物物质中提取有效成分也归入生物反应工程范围。 生物反应过程的特点 ?? 采用生物催化剂 ?? 采用可再生资源为主要原料 ?? 与一般化工产品生产相比，其生产设备比较简单、能耗低 生化工程概念 ??生化工程（Biochemical engineering)：是应用化学工程的原理与方法将生物技术的实验室成果进行工业开发的一门学科，它既可视为化学工程的一个分支，又可认为是生物技术的一个重要组成部分。简言之，生化工程是为生物技术服务的化学工程。 生化工程与其他学科关系： 生化工程是生物技术产业化的核心，是多学科的交叉，是生物技术产业化过程中的关键技术 ? 本课程所讲的生物反应过程是指生物体在生物反应器中通过有效控制获得目的产物的过程。 ? 生化工程是建立在生物学、化学、工程学、计算机与信息技术等学科为基础的交叉学科。 ?工艺 利用生产工具对原材料、半成品进行加工或处理，使之成为产品的方法叫工艺。 ?技术 ? “个别的学问”，解决怎样做一件事情，技术会随着时代变迁而变化。 ? 广义的技术包括根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法技能和装备。 ? 具体的技术可以用记述的方法来表现。如：育种技术。 工程 ? 例如：航天工程、水利工程…… ? 工程是研究一般化方法的学问，具有超越时代的持续性和普遍性，内容是抽象的。 ? 抽象的方法除表现为使用数学外，更重要的是掌握“工程思维”（engineering sense)方法。 生化工程的研究内容 一、生物反应动力学 ? 是研究生物反应过程的速率及其影响因素，是生化工程的理论基础之一。包括二个层次的动力学。 本征动力学(微观动力学)：指在没有传递等工程因素影响时，生化反应固有的速率。该反应速率除反应本身的特性外，只与各反应组分的浓度、温度、催化剂及溶剂的性质有关，而传递因素无关。 宏观动力学(反应器动力学)：指在一定反应器内观测所得的总反应速率及其影响因素，这些影响因素包括反应器的形式和结构、操作方式、物料的流动与混合、传质与传热等。 以获得生物量为目的： 生物合成速率≈影响因素（生物体、基质、环境因素、操作条件等） 以获得目的产物为目的： 转录与转译速率=（基因量、…….等) 调控速率=（表达速率、酶活力、……等） 生物反应速率及其影响因素之间的关系 ? 就是要学习运用生物学、化学、计算机与信息技术等理论，利用生物（如微生物） 进行有用物质生产的原理与方法。 二、生物反应器 ????生物反应器中的传递特性 ????生物反应器的设计与放大 ????生物反应器的优化与控制 生化工程研究方法 ?? 目前仍以经验方法为主 ?? 用数学模型对生化工程有关内容进行研究正常迅速发展 ?? 数学模型法：是应用数学语言来表示生物反应过程中各个变量之间 的关系。 ?? 数学模型法优点：(1) 可用几个关键变量来代替复杂的反应过程；(2) 可将宏观现象与微